Способ определения физико-механических характеристик жидких кристаллов

 

Изобретение позволяет определять время ориентационной релаксации анизотропных жидкостей в широком диапазоне изменений , включая области фазовых переходов. Цель изобретения - повышение точности при определении времени ориентационной релаксации жидких кристаллов. Способ основан на том что в колеблющемся магнитном поле фазовый сдвиг между колебаниями величины коэффициента поглощения ультразвука и вектором индукции магнитно о поля однозначно связан с временем ориентационной релаксации анизотропной жидкости (жидкого кристалла). Для определения этого фазового сдвига направление магнитного поля в процессе прозвучивания жидкого кристалла ультразвуковыми колебаниями изменяют путем гармонического колебания с амплитудой 5° относительно направления, составляющего 45° с направлением распространения ультразвуковых колебаний. 1 ил. (/) С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4648235/28 (22) 10,02.89 (46) 07.02.91. Бюл. М 5 (71) Московский институт и риборостроения (72) Д.Л.Богданов, В.И.Буланаков, Э.В,геворкян и B.Ô.×åðíoB (53) 620.179.16(088,8) (56) Phys. Rev Len, 28, 1972, М 26. р. 1672—

1681.

Авторское свидетельство СССР

N . 731355, кл, G 01 N 11/00, 1978, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ (57) Изобретение позволяет определять время ориентационной релаксации анизотропных жидкостей в широком диапазоне иэменеИзобретение относится к физико-механическим измерениям характеристик материалов с помощью акустических колебаний и может быть использовано при экспериментальных исследованиях анизотропно-жидкого состояния вещества, в частности, при определении времени ориентационной релаксации жидких кристаллов (ЖК) в широком диапазоне изменений, Цель изобретения — повышение точности при определении времени ориентационной релаксации жидкого кристалла.

На чертеже показана блок-схема устройства для проведения способа определения времени ориентационной релаксации жидкого кристалла.

Устройство, реализующее способ определения времени ориентационной релаксации ЖК, содержит камеру 1 и магнит 2.

„„5U„„1626145 А1 ний, включая области фазовых переходов.

Цель изобретения — повышение точности при определении времени ориентационной релаксации жидких кристаллов. Способ основан на том. что в колеблющемся магнитном поле фазовый сдвиг между колебаниями величины коэффициента поглощения ультразвука и вектором индукции магнитного поля однозначно связан с временем ориентационной релаксации анизотропной жидкости (жидкого кристалла). Для определения этого фазового сдвига направление магнитного поля в процессе прозвучивания жидкого кристалла ультразвуковыми колебаниями изменяют путем гармонического колебания с амплитудой 5 относительно направления, составляющего 45 с направлением распространения ультразвуковых колебаний. 1 ил.

Каме а 1 закреплена неподвижно в зазоре магнита 2. который установлен с воэможностью совершения колебаний относительно оси "0". Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 3 радиоимпульсов, излучающий пьезопреобраэователь

4, приемный пьезопреобразователь 5, усилитель 6, детектор 7 и фазометр 8. Кроме того, устройство содержит датчик 9 направления магнитного поля, электрически связанный с вторым входом фазометра 8.

Сущность способа измерения времени ориентационной релаксации ЖК заключается в следующем. Исследуемый образец ЖК размещают в камере и формируют в ней магнитное поле, изменяющееся по гармоническому закону с частотой в и малой амплитудой Z< = 5 относительно направления, составляющего 45 с направлением

1626145

ЛХ =ф — Хф — величина анизотропии диамагнитной восприимчивости единицы обьема ЖК;

yi — коэффициент вращательной вязко 5 сти.

В Режиме малых колебаний (2о 5о) уравнение (3) можно линеаризировать

Вг Вг

10 Р+У1 + Х = Х 2()

/ о P Po / (4) 15 а(р) — (ао + Ь, в S р+ со cos р), 2 лг f2 г 4

pv (1) 20 где p — угол между директором h жидкого кристалла и волновым вектором k ультразвука;

f — частота ультразвука; р — плотность ЖК; 25 ч — скорость распространения ультразвука; ао, Ьо, c — константы вязкости ЖК.

Если вектор Ь магнитного поля совершает колебания около направления Q = 45 30 к волновому вектору К то изменяющаяся во времени часть коэффициента Ла(в Л) поглощения ультразвука оказывается равной (5) (6) Ла(в д ) =2 Ла, р, (в) сов (вт + Ф); 35 (2) где Ъ (в ) — амплитуда колебаний директораh;

Ф вЂ” фазовый сдвиг между колебаниями директора h и вектора Ь индукции магнит- 45 ного поля.

В общем случае. ограничиваясь предположением о локальном характере движения директора h, отсутствием обратного гидро- 50 динамического потока и принебрегая влиянием стенок, уравнение движения директора можно записать в виде распространения ультразвуковых колебаний, которые пропускают в плоскости, перпендикулярной оси колебания магнитного поля. Затем измеряют фазовый сдвиг между колебаниями величины коэффициента поглощения ультразвука и колебаниями угла поворота направления магнитного поля.

Время ориентационной релаксации определяют по величине фазового сдвига Ф с учетом колебания поля. Выбор условий проведения способа обусловлен следующими причинами.

По теории Лесли-Эриксона коэффициент а поглощения ультразвука равен

Ла =а(р =О) — а(р =90 ) =

2лг Р— (Ьо + со).

l jp + yi ln + > sin 0 = о, (3) Л В и. / где! — момент инерции единицы обьема ЖК при его переориентации; иэ решения которого следует, что директор

h совершает колебания с амплитудой ъ (в) и фазовым сдвигом Фмежду колебаниями директора h и вектором В индукции магнитного поля, определяемыми равенствами

Pо Р туФв

1в — Гв, Х г г

Ро гр где т — время ориентационной релаксации

ЖК, Таким образом, измеряя величину фазового сдвига Ф между колебаниями величины коэффициента поглощения ультразвука и направлением вектора индукции магнитного поля, можно определить время ориентационной релаксации в соответствии с выражением (6), Способ определения времени ориентационной релаксации ЖК реализуется следующим образом. B камере 1 размещают исследуемую ЖК и приводят в колебательное движение магнит 2 с амплитудой 5 и частотой в около первоначального положения фь, составляющего угол 45 между осью пьезоэлементов 4 и 5 и направлением индукции магнитного поля. Одновременно с выхода генератора 3 радиоимпульсов на пьезообразователь 4 поступают радиоимпульсы, трансформируемые им в ультразвуковые колебания. Пройдя через исследуемую среду, ультразвуковые колебания принимаются и преобразуются в электрические пьеэообразователем 5, Электрические импульсы усиливаются усилителем 6, детектируются и интегрируются

2л

7 с постоянной времени т ((. Колеблющееся с частотой в и вектором индукции

В магнитное поле влияет на величину коэф1626145 фициента поглощения ультразвука с волновым вектором k исключительно путем медленных изменений угла рмежду вектором k и директором h и поэтому амплитуда принятого пьезопреобразователем 5 ультразвуково- 5 го сигнала подчиняется во времени тем же законам, что и движение директора h, т.е. принятые сигналы оказываются промодулированными по амплитуде с частотой си (фиг.1). Выделенной после детектирования 10 переменное напряжение частотой в подается на вход фаэометра 8, на второй вход которого поступает опорное напряжение с датчика 9 угла поворота магнита 2, представляющего собой катушку индуктивности, 15 расположенную под углом 45 к первоначальному направлению о. По показаниям фазометра 8 определяют величину фазового сдвига Ф и согласно выражению (6) определяют время ориентационной релаксации, 20

Формула изобретения

Способ определения физико-механических характеристик жидких кристаллов, заключающийся в том, что образец жидкого кри- 25 сталла помещают в магнитное поле, изменяют направление магнитного поля путем его поворота относительно образца и одновременно пропускают через него импульсы ультразвуковых колебаний в плоскости, перпендикулярной оси поворота магнитного поля, принимают импульсы ультразвуковых колебаний, прошедших образец, измеряют величины коэффициента поглощения ультразвуковых колебаний при различных углах поворота направления магнитного поля, определяют фазовый сдвиг между колебаниями величины коэффициента поглощения и колебаниями угла поворота направления магнитного поля, с учетом которого определяют физико-механические характеристики жидкого кристалла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при определении времени ориентационной релаксации жидкого кристалла, поворот магнитного поля осуществляют путем его гармонического колебания с амплитудой 5 относительно направления. составляющего 45 с направлением распространения импульсов ультразвуковых колебаний, и по величине фазового сдвига между колебаниями величины коэффициента поглощения ультразвуковых колебаний и колебаниями угла поворота направления магнитного поля определяют время ориентационной релаксации жидкого кристалла.

Составитель С.Волков

Редактор С,Патрушева Техред М.Моргентал Корректор Н, Король

Заказ 274 Тираж 391 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101